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How to Maintain Power Integrity in your PCB The PCB Design Process Power Analyzer by Keysight PDN Analyzer for DC Power Integrity
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PCBレイアウトソフトウェア比較に最も重要な機能 PCBレイアウトソフトウェア比較に最も重要な機能 1 min Thought Leadership 掘り出し物を見つけようと思って、中古車販売店に行ったことがありますか? 整備工でもなければ、ほとんど不可能です。私の場合、値段を除いて、自分にはほとんど同じに見える2台の車から選ぶことになりました。安い方を選んで、近くの整備工場に持って行くと、ぽんこつを選んだことが分りました。PCB設計ソフトウェアを選ぶときにも、同じ気持ちになることがあります。無料のプログラムを使用して、または中級のプログラムを購入して、自分が必要とするものには、ほど遠いことが分ったときです。電子設計自動化（EDA）ツールを決める前に、基板の設計に必要な高度な機能をサポートするか、確認する必要があります。また、自分特有のニーズに合うようカスタマイズできる統合環境で、これらの全ての要素が利用できることも重要です。 探すべき機能 私は、値段だけで車を選びました。もう一方の車と見た目は同じなのに、数千ドル安かったのです。結局、値段相応だと分りましたが、このことは、ECADソフトウェアにも当てはまります。たぶん、PCBの設計に、より安い、できれば無料のソフトウェアを使用したいと考えるでしょう。オプション機能の足りない点が、安い類似ブランドの問題点です。PCB設計が複雑になるにつれて、これらの「オプション機能」が必要になってくるのです。設計プログラムを選ぶ際に探すべきものをいくつか示します。 基板サイズ - これは当然ですが、挙げておきます。無料ツールの多くでは、基板スペースが厳しく制限されています。ソフトウェアが、回路に十分なスペースをサポートしているか確認してください。 高度なビア設計 - 高密度相互接続（HDI）基板や高速基板などを設計している場合、これは非常に重要です。 ブラインドビアやベリードビア 、 ビアインパッド（VIP） 、 マイクロビア 、 バックドリル加工 などの使用が必要になります。これらの機能のサポートは、低価格帯のソフトウェアには含まれない場合があります。必要であれば、利用できることを確認してください。 レイヤーの数 - 記事を読む
設計の複雑さが増すにつれて最高のプロフェッショナル向けPCB設計ソフトウェアが要求される理由 設計の複雑さが増すにつれて最高のプロフェッショナル向けPCB設計ソフトウェアが要求される理由 1 min Thought Leadership 子供のころの生活は単純だったなと思い返すことがありますか? 仕事もなく、ローンもなく、自分の子供と口論することもありませんでした。私の主な役割は表で駆け回り、遊んでいる間に泥だらけにならないようにすることでした。今の生活は確かにあの頃より良いものですが、同時にはるかに複雑になりました。それと同様に、PCB業界も成長し、 より複雑なものとなりました 大きくて単純な基板はもうありません。今では全ての回路が小さく、洗練されており、ときにはフレキシブルである必要があります。このような業界の動向から、設計者はレイアウトや回路図の作業だけでなく、何でも行える技術者であることが要求されています。このため、リジッドフレキシブル設計、ECAD/MCADコラボレーション、関係者との協力、電源供給ネットワーク解析（PDNA）などを行うため、最高のソフトウェアを常に利用可能にしておくことが重要です。 リジッドフレキシブル設計 子供の頃の私はずっと体が柔らかかったのですが、今では爪先に触れるのもやっとです。一方でPCBはその逆に、業界の成熟につれ、より柔軟になりつつあるようです。 多くの種類の製品 でフレキシブル設計が推進されていますが、中でも主な分野は モノのインターネット（IoT） と ウェアラブル です。これらの種類のデバイスは変わった外形をしていることが多く、しかも容積の制約が厳しいのが普通です。このような用途には、フレキシブル、またはリジッドフレキシブルの基板が最適です。 しかし、フレキシブル基板の設計は、口で言うほど簡単ではありません。材質、配線、フレキシブルとリジッドフレキシブルのどちらを使用するか、取り付け方法など、 膨大な数の要素 を考慮する必要があります。適切な基板を設計するには、これら全ての要素の設計に役立つソフトウェアが必要です。優れた設計ソフトウェアには、材質や設計技法についての 詳細なドキュメント が付属しています。また、 レイヤースタックを把握 し、基板の 3Dクリアランスを確認 記事を読む
組み込みシステム向けのリン酸鉄リチウムバッテリーとリチウムイオンバッテリーの比較 組み込みシステム向けのリン酸鉄リチウムバッテリーとリチウムイオンバッテリーの比較 1 min Blog この（比較的）新しい出会い系アプリTinderをご存じですか？私はまだ独身で交際相手がほしいので、試してみることにしました。まず、人の写真と経歴がランダムに出てくるので、気に入ったら右にスワイプ、気に入らなければ左にスワイプします。自分が右にスワイプし、相手も右にスワイプすると、お互いにチャットできます。試してみて、写真ばかり見ないで経歴を読むのにもう少し時間を割けばよかったと思いました。「マッチング」相手とチャットをしてみたら、写真を見て湧いた興味が冷めてしまったんです。組み込みシステムの場合も、特にバッテリーに問題があると同じように感じることがあります。たとえば、膨大な時間をかけて設計した基板なのに、バッテリーの劣化が早すぎたり、温度の問題で故障したりする場合です。最悪の場合、バッテリーから火花が出ることさえあります。私は交際相手のマッチングはできませんが、ボードに合ったバッテリー選びをお手伝いすることはできます。組み込みシステム向けの最も一般的な選択肢は、リチウムイオンバッテリー（Li-Ion）とリン酸鉄リチウムバッテリー（Li-phosphateまたはLiFePO4）の2つです。これら2つのタイプは、充電特性と放電特性がかなり異なります。どちらでも使用できる場合もありますが、どちらかがもう一方より適している場合が普通です。続きを読んで、どちらのタイプが皆さんの用途に最適かを判断してください。 リチウムイオンバッテリー 英語の「love」にはさまざまな意味があります。私は「I love my iPhone（iPhoneが大好き）」とも、「I love my girlfriend（彼女を愛してる）」とも言います。これらの「love」は、いくつか重要な点で意味が違います。同じように、一口に「リチウムイオン」と言っても、リチウムイオンバッテリーの種類が異なる場合があります。ここで述べるのは、ほとんどの場合がコバルト酸リチウム（LiCoO2）です。このリチウムイオンバッテリーは、アノードにグラファイトを使用しています。では、 リチウムイオンバッテリーの仕様を見てみましょう。 電圧: 公称3.6 V、範囲3.0 V ～ 4.2 V 比エネルギー: 150 ～ 記事を読む
パワーインテグリティーにまつわる5つの俗説 パワーインテグリティーにまつわる5つの俗説 1 min Thought Leadership ​ パワーインテグリティーは新しいものではありませんが、現在ますます注目が高まっており、今後も関係者の一番の関心事であり続けるでしょう。製品の高速化と小型化の傾向が継続するなか、もはや1 ミリも無駄なスペースはありません。設計はこの事実を踏まえて進める必要があるでしょう。業界に2 ～3 年以上従事されている方であれば、パワーインテグリティーに関する下記の俗説を耳にされたことがあるかもしれません。 銅箔を使え 皆さんは、「銅箔は使えば使うほどよい」と教えられたかもしれません。銅箔の流し込みを行うだけで、パワーインテグリティーに関連する問題は、すべてとは言いませんが、その大半が解決します。ただし、これに当てはまらない場合もあります。たとえば、熱に関係する問題は解決するものの、浮島や半島が残るといった他の問題を引き起こす場合です。無害に見えるものの、浮島や半島は特定の共振周波数を持っており、一定の状況下で障害を引き起こします。こうした障害はランダムに現れることもあるため、正確に特定して修復することは極めて困難です。これを呪いか何かのせいにする前に、銅箔の流し込みによって浮島や半島が発生していないかどうかを必ず確認しなければなりません。それを怠ると、設計を断念して、レイアウトをやり直すはめになります。 他に考慮すべきことはコストでしょう。これはエンジニアの頭にいつもあることではないかもしれません。銅箔は安価なものではありません。特に予算の制約がある今、やみくもに余計なプレーン層を追加するわけにはいきません。過大設計は高額になってしまいます。 IPC-2152は絶対に外さない これは皆さんが驚かれることかもしれません。確かにIPC-2152 は重要であり、許容範囲の温度上昇に対して配線幅を最小化するという手段で問題を回避する際の手引きとなります。ただし、そのためにIPC-2152 を適用すると、電力配電回路網に必要以上のスペースを割り当てざるを得なくなります。つまり、貴重な面積が占領され、設計のレイヤーが増えてしまいます。 IPC-2152 はいつでも使える優れたツールであり、効率的な電源供給の設計には有効ですが、むやみに適用すべきではありません。パワーインテグリティーツールとともにIPC-2152 をもっと慎重に使用すれば、電力配電回路網の面積を削減しながら、製造に向けて安全に設計を進めることができます。 ビアが多くなり過ぎることはない 精通している方であればお気づきかもしれませんが、IPC-2152 はビアとなるとあまり適切ではありません。配線幅と同様に、IPC-2152 はかなり保守的であり、基板には大きめのビアが必要以上に形成される可能性があります。銅箔に大きな穴が開いてしまっては問題でしょう。つまり、電流が使う面積が減るために電流密度が増加し、結果として温度が上昇します。それだけでなく、残りの設計に割り当てられるはずの面積が奪われ、特に最後の10% の基板の配線を完成させるのが困難で時間のかかる作業になってしまいます。他のIPC-2152 記事を読む
設計の問題を手遅れになる前に対処する方法 設計の問題を手遅れになる前に対処する方法 1 min Thought Leadership 製造後の問題に悩まされることがないように、PCBの品質テストを超えてどのような対策を講じていますか？その鍵は分析の自動化にあります。続きを読んでさらに詳しく学びましょう。 “ 現在製造中のボードでPDN Analyzer™を実行し、自分が犯したミスをすでに発見しました。ビアで覆われたフットプリントを持っていて、それらをブラインドビアにするのを忘れていました。その結果、パワープレーンが消費されてしまっていました。製造に入る前にこれらの問題を特定するのに非常に役立つツールであることが証明されています。” RFエンジニア - 政府契約業者 誰もが同じ悪夢を見ます。新しくリリースした製品が、高価なエラーのために現場での対応が必要になったり、何時間もかけて設計した製品がリコールされなければならなくなったりするニュースの悪い側で目覚めることです。 これらの状況は、会社全体に悪影響を及ぼす可能性があります。そして、消費者が声を上げるこの時代には、世界中の人々が見ることができるヘイトフィルドのハッシュタグを着地させるかもしれません。このシナリオを考えると、現場でのエラーの影響を軽減するために何かできることはあるのか、それともそれが運が味方しない時のエンジニアリングの性質なのかと疑問に思います。 現場での災害への伝統的な道 あなたはボードの加速寿命試験の最終結果を受け取ったばかりで、すべてが良好で生産の準備が整っているように見えます。この寿命試験プロセスの背後にある前提はかなり単純です - 生産に相当するプロトタイプが品質テストフェーズを通過すれば、信頼性の高いPCBを持つことになるはずですよね？間違いです。 実際には、PCBが現場でさまざまな条件と使用ケースの下で耐える長期間のストレスをテストすることは不可能です。今日私たちが設計する製品は、主に密度と速度によって駆動される増加したICの消費電力を持っています。そして、この増加した密度と速度のニーズを、電力需要の削減と組み合わせると、電力分配ネットワーク（）は、増加する電流速度でより低い電圧を供給する電圧レールの複雑な迷路になります。 この高電流密度の混合物を投げ合わせると、次のような状況に自分自身を見つけるかもしれません： ピンチポイントからのPCBの剥離と融合。 熱による銅の抵抗の増加が起こり、電圧の低下を引き起こす。 熱の影響により、ますます複雑な電力管理の課題が増加。 増加したボード密度と速度を低消費電力でナビゲートすることは容易な作業ではありません。では、保守的な経験則や限定的なプロトタイプシミュレーションに頼ることなく、ボードに十分な金属を提供したことを確認するためには、どうすればよいのでしょうか？ 生産前ではなく、生産後の変更を理解する 記事を読む
わずか4つのステップで電源分配ネットワークを最適化する方法 わずか4つのステップで電源分配ネットワークを最適化する方法 1 min Thought Leadership 最近の設計者は、電源分配ネットワーク（PDN ）インテグリティという、従来考える必要のなかった問題に直面しています。私たちは皆、何十年もの間、シグナルインテグリティーの必要性を感じてきましたが、その間、パワーインテグリティーは、脇に置かれてきました。従来は、専用の電源プレーンを使用するスペースが多くありました（動作に必要なものをデザインに容易に含めることができました）。 しかし、設計の物理的な制限を押し広げ、より小さなフォームファクターに、より多くのコンポーネントを詰め込み続ける中、フォームファクターの縮小を続けながらPDN を最適化する方法が必要となっています。物理的な試作やシミュレーションのエキスパートに頼らないで、設計環境で直接、電源プレーンの形を最適化できれば、どうでしょう? PDN Analyzer powered by CST® は、Altium Designer ワークスペース内でPDN インテグリティーへの道を提供します。従来は非常に長く骨の折れた解析プロセスを、単一の設計環境で完了できる複数のステップに分割できるようになりました。リアルタイムで変更を行い、解析を再実行できます。 PDN Analyzer を使って、わずか 4 つのステップで簡単に PDN を最適化できる方法を説明します。 記事を読む
PCBデザイナーのためのPDNの基礎 PCBデザイナーのためのPDNの基礎 1 min Whitepapers PCBデザイナーが「PDN」または「Power Distribution Network（電力分配ネットワーク）」という用語を聞くと、ボード線図やブラックマジック、その他の神秘的で怖いものを想像するかもしれません。実際には、PDNの目標は、PDNの性能に影響を与えるPCB設計のほとんどの側面と同じくらい単純です。この論文では、ほとんどのPDN設計のさまざまな側面と、PCB設計ソフトウェアがそれらにどのように影響を与えるかを説明します。 全体的な目標：すべての負荷に十分な電流と電圧を供給する 電力分配ネットワークの基本的な目標は非常に単純です - すべての負荷にその動作要件を満たすために十分な電流と電圧を提供することです。PDNの全体設計、電圧レギュレーター、オンダイデカップリング、パッケージング、コンポーネントの取り付けなどを含む、は非常に難しい科学であり、特別な訓練と経験が必要ですが、PCBのPDN性能を最適化することは、PCBデザイナーができることに限りがあるため、それほど複雑ではありません。この論文では、PCBレイアウト内で考慮すべきことに焦点を当て、PCB設計がすべての負荷に十分な電流と電圧を提供することを確実にします。 要件1：ソースと負荷の間に十分な金属を確保する PDN設計において最も重要な側面は、各電源とそれに対応する負荷の間に十分な金属（通常は銅）があることを確保することです。明るい面では、名目上のコストで、IPC-2152はこれを行う方法に関してかなり直接的なガイドラインを提供します。最大想定電流と許容温度上昇を考慮して、電源形状の最小幅が何であるべきかを仕様が教えてくれます。残念ながら、IPC-2152のみを使用する設計者は、 PCB設計ソフトウェアを過設計しながら、設計における問題点に気づかず、いくつかの制限を伴います。これには以下のようなものが含まれます： - IPC-2152の幅の推奨事項は非常に保守的です。これらは、隣接する銅がない2層ボードの熱的な最悪のシナリオを使用して計算されたもので、ユーザーは通常、最も保守的な仮定（例えば、許容される最小温度上昇）をします。IPC-2152のみを使用して作成された設計は、必要以上に大きな電源形状を持つ可能性があります。 - IPC-2152のビアの推奨事項は保守的です。これは特に問題となるのは、一つの電源レールのためのビアが上下の電源形状を貫通する可能性があるためで、したがってビアの数とサイズは最適化されるべきです。IPC-2152のみを使用して作成された設計は、必要以上に大きなビアや多くの電源ビアを持つ可能性があります。 保守的な銅の流れ - IPC-2152は、最も単純な設計にのみ適用されます。ソースから負荷までの一貫した幅で、ビアによる穿孔やコンポーネントやその他の形状による狭窄がないものです。IPC-2152は、設計の電源形状の不備にどのように対処するかについての指針を示しません。 - IPC-2152は、関連する電源レールの配置についての洞察を提供しません。電圧レギュレータは、入力から出力まで、場合によってはフィードバックを含む、それらに関連するさまざまな電源形状に対して特定の要件を持つことがよくあります。 設計者は、電源（およびグラウンド）レールのサイズと形状を最適化するためのより良いツールが必要です。これは一般に「PI-DC」または「IRドロップ」と呼ばれます。Altiumは、PDN要件をできるだけ簡単に満たすために、この機能をPDN 記事を読む